쎄의 후유증을 매핑하는 기능 영상과 함께 인간 청각 컴퓨터에 접속 자극을 버스트

본 절차의 전반적인 목표는 기능적 뇌 영상 촬영과 경두개 자기 자극술을 결합하여 청각 피질을 조사하는 것입니다. 이를 위해 먼저 기능적 MRI 로컬라이저(functional MRI Localizer)를 수행하여 청각 과제와 관련된 네트워크를 식별합니다. 둘째, 기능적 MRI 로컬라이저에서 얻은 데이터를 바탕으로 자극 대상 지점을 정의합니다.

다음으로, 자극 전 청각 피질의 활동을 측정하기 위해 기능적 MR 스캔을 수행합니다. 그런 다음 NEURONAVIGATION 도구를 사용하여 피험자의 개별 해부학적 구조 및 기능에 맞춰 TMS 코일을 배치합니다. 이 과정은 피험자가 스캐너 침대에 누워 있는 상태에서 진행됩니다.

피험자를 스캐너실 밖으로 반복해서 이동시키는 일을 방지하기 위해, 마지막 단계로 피험자를 최대한 빠르게 스캐너 보어 안으로 다시 밀어 넣고 fMRI 획득을 시작합니다. 궁극적으로 fMRI는 TMS로 유도된 효과를 매핑할 수 있습니다. 데이터 분석 결과, TMS 이후 청각 네트워크에서 기능적 재구성이 일어나는 것으로 나타났습니다.

TMS는 특정 뇌 영역과 인지 기능 사이의 인과 관계를 조사하기 위한 독특한 도구입니다. 그러나 TMS로 인해 유도된 뇌 활동 변화의 위치와 성격에 관한 정보가 부족하여 그 해석에 한계가 있습니다. 이것이 우리가 TMS로 유도된 기능적 변화를 결정하기 위해 TMS를 기능적 영상법과 결합하기로 결정한 이유입니다.

본 연구와 이전 연구들의 차이점은 표준적인 오프라인 TMS 및 fMRI 방식에서는 참가자가 TMS를 받기 위해 MRI실을 나가 다른 방으로 이동한 후 최대한 빨리 돌아와야 한다는 점입니다. 두 번째 fMRI 세션을 위해 이렇게 왕복 이동하는 과정은 뇌 변화에 가변성을 더할 수 있으며, 본 프로토콜에서는 이를 TMS에서 활용하였습니다.

머리 위치가 비교적 안정적으로 유지되므로, FM RI 데이터의 사전 및 사후 비교 시 정확도를 높일 수 있습니다. 또한, TMS 및 사용 효과의 매핑이 더 빠르게 이루어집니다. 본 프로토콜은 이틀간의 세션으로 나뉩니다.

첫째 날에는 TMS 타겟팅 영역을 정의하기 위해 해부학적 스캔과 기능적 스캔을 포함하는 fMRI LOCALIZER 세션을 진행합니다. 둘째 날에는 fMRI 세션이 이어지며, 첫째 날의 TMS 전후로 참가자는 스캐너 외부에서 멜로디 구별 과제를 연습합니다. 이 과제에서 피험자는 연속된 두 개의 5음절 멜로디가 동일한지 또는 다른지를 표시합니다.

피험자가 모두 C5 음높이의 동일한 길이로 구성된 5개 음표 패턴을 듣고 두 번째 톤 이후에 버튼을 누르는 비차별 청각 제어 과제 또한 포함됩니다. 다음으로, 고해상도 MR 해부학적 영상을 획득하여 MRI 세션을 시작합니다. 그 후, gradient echo EPI 펄스 시퀀스와 희소 샘플링(sparse sampling) 패러다임을 사용하여 MRI 스캔으로 인한 BOLD 효과나 청각 마스킹을 최소화하면서 기능적 영상을 획득합니다.

스캔이 완료된 후 노이즈를 확인합니다. 해부학적 및 기능적 랜드마크를 모두 사용하여 피험자의 자극 부위를 정의하십시오. 전기장 강도의 감쇠와 깊이로 인해 TMS는 자극 부위의 깊이에 제한이 있으며, 3 cm보다 깊은 영역까지 도달하는 것은 기대할 수 없음에 유의하십시오.

개개인의 해부학적 구조와 기능의 차이에도 불구하고, 모든 참가자에게 유사한 랜드마크를 사용하는 것이 매우 중요합니다. 따라서 Harvard Oxford structural Atlas 마스크에서 정의한 대로 해부학적 랜드마크를 사용하여 Heschl's gyrus의 위치를 찾으십시오. 마스크는 여기에서 녹색으로 표시되며, 이후 Heschl's gyrus 내에서 활성화 정점을 찾아 TMS 타겟을 정의하며, 이는 여기에서 파란색 점으로 표시됩니다.

또한, 청각 및 체성감각 아티팩트와 같은 TMS의 비특이적 효과를 제어하기 위한 지점으로 정수리(vertex)를 설정하십시오. 이 지점은 해부학적으로 외후두융기(inion)와 콧등 사이의 중간 지점이자, 좌우 외측 절흔(interal notches)으로부터 동일한 거리에 있는 지점으로 정의됩니다. 자극 부위의 순서는 개인별로 균형을 맞추어(counterbalanced) 배치해야 함에 유의하십시오.

TMS 실험 당일, 모든 장비를 설정합니다. Frameless stereo taxi 시스템부터 시작하십시오.

컴퓨터 시스템은 스캐너 룸 외부의 문 옆에 배치해야 하며, TMS 적용 중에는 문을 열어두어야 합니다. 시스템의 등록 도구와 트래커, 그리고 다관절 암은 MR 호환 제품입니다. 여기서 사용되는 적외선 카메라는 MR 호환이 되지 않으므로, 스캐너 룸 내부의 스캐너 문 근처이자 스캐너 베드에서 2m 떨어진 곳에 배치해야 합니다.

TMS 자극기 시스템은 MRI 스캐너실에 인접한 방에 위치해야 합니다. 스캐너실 내에서는 MRI 호환 TMS 코일을 사용하며, 이는 RF 필터 튜브 로드를 거쳐 7m 케이블로 TMS 시스템에 연결됩니다. 참여자의 해부학적 및 기능적 영상과 자극 표적을 정위 소프트웨어 패키지에 입력합니다. 본 과정에서는 스캔을 시작하기 전 참여자의 우측 헤셸 회(heschel's gyrus)를 표적으로 설정하겠습니다.

피실험자에게 MR 스크리닝 양식을 작성하게 하고 모든 금속 물질을 제거하도록 합니다. 그런 다음, 로컬라이저 세션에서 수행한 것과 동일한 해부학적 및 기능적 스캔을 포함하여 MR 획득을 시작합니다. 다음으로, 스캐너 베드를 밖으로 밀어내고 전체 TMS 세션 동안 바디 플랫폼을 높인 상태로 유지합니다.

상단 Mr.Head 코일을 제거하고 헤드밴드와 트래커 세트를 피실험자의 머리에 고정하며 다관절 암을 스캐너 침대에 장착합니다. 그 다음, MR 호환 TMS 코일을 암에 고정합니다. 모든 트래커와 코일이 여기 카메라의 시야 내에 있는지 확인하십시오.

코일 변위를 더 쉽게 추적할 수 있도록 카메라를 피험자의 약간 오른쪽에 배치합니다. 우반구를 대상으로 할 때는 스테레오 택시 도구를 사용하여 피험자의 머리를 보정하고, 코끝(nas)과 양쪽 귀의 이주(tragus)를 해부학적 데이터의 동일한 랜드마크와 공동 등록합니다. 이 과정에는 두 명의 실험자가 필요합니다.

첫 번째 단계로, 컴퓨터에서 등록 과정을 수행하기 위해 피험자의 머리 위치와 컴퓨터 양측에서 작업을 진행합니다. 다음으로, MR 호환 TMS 코일을 두피에 접선 방향으로 배치하고 코일 트래커가 적외선 카메라를 향하도록 합니다. 코일은 핸들이 뒤쪽을 향하며 정중선과 평행하도록 방향을 잡아야 합니다.

다관절 암의 나사를 사용하여 코일 위치를 고정합니다. 이제 TMS 시스템의 전원을 켜고 자극을 시작합니다. TMS는 50 Hz에서 3개의 펄스로 구성된 자극을 5 Hz 주기로 40초 동안 반복하는 연속 세타 버스트 자극(continuous theta burst stimulation)과 같은 패턴 프로토콜에 따라 적용해야 합니다.

이 프로토콜은 건강한 피험자 군에서 자극 중단 후 최대 30분 동안 피질 가소성을 조절하는 것으로 나타났습니다. 자극이 완료되면 피험자를 가능한 한 빨리 스캐너에 다시 배치하는 것이 중요합니다. 모든 TMS 장비를 제거하고 피험자의 머리를 Mr.Head 코일 안으로 밀어 넣으십시오.

로컬라이저 스캔의 횟수와 지속 시간을 최소한으로 줄여 스캔 시퀀스가 준비되었는지 확인하십시오. RTMS의 효과는 일시적이므로, 마지막 스캔 세션은 기능적 스캔으로 시작해야 합니다. 다시 한번, 멜로디 과제의 12분 실행 시간 동안 FMRI를 수행하십시오.

기능적 스캔이 완료되면, 실험 종료 후 해부학적 스캔으로 마무리하십시오. 각 fMRI 세션에 대해 TMS-fMRI 전과 후 세션의 fMRI 데이터를 각각 별도로 분석하십시오. 멜로디와 청각 대조 과제 간의 대비 분석을 수행하십시오.

다음으로 T-M-S-F-M-R-I 세션 전후의 차이를 평가하기 위해, student's paired T-test를 사용하여 랜덤 효과 분석을 수행합니다. 여기에서는 한 명의 참가자에 대해 T-M-S-F-M-R-I 세션 전과 후의 멜로디 식별 대조군에서 청각 대조군 시행을 뺀 결과가 나타나 있습니다. T-M-S-F-M-R-I 세션 전후 모두에 대해, heschel's gyrus를 포함하여 자극 부위의 반대편인 좌반구의 변화를 보여주기 위해 좌표는 MNI 1 52 표준 공간으로 표시됩니다. 여기에서는 student's paired T-test를 사용하여 T-M-S-F-M-R-I 세션 후에서 전을 뺀 대조 결과가 나타나 있습니다.

데이터는 우측 헤셸 회(heschel's gyrus)를 대상으로 한 CTBS가 반대측 청각 피질 및 기타 반대측 영역의 신호 증가를 유도한다는 점을 시사합니다. 또한, 양쪽 반구의 청각 피질 간 기능적 연결성의 변화도 관찰되었습니다. 이 영상을 시청한 후, 여러분은 TMS 뉴로내비게이션 장비를 사용하여 특정 뇌 영역을 타겟팅하는 방법과 ML 환경 내에서 TMS를 수행하는 방법에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다.

이 절차를 통해 연구자는 FMRI를 사용하여 청각 피질에 유도된 TMS 효과를 매핑할 수 있습니다. 또한, 이 절차는 전두엽 또는 두정엽 영역과 같은 다른 관심 영역을 대상으로 하는 데에도 사용될 수 있습니다.